【導(dǎo)讀】要求出中變爐的變換氣干組分中CO％小于2％。的變換氣溫度為365℃。進(jìn)中變爐干氣壓力中P=.V水=(標(biāo))，n(水)=. 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知Kp=12時(shí)溫度為397℃。的平均溫距合理，故取的H2O/CO可用。

　　

【正文】 =氣體重度流量 (濕 )G G=21 8 3 4 1 5 4 8 9 .7 42 2 .4 4????????? = kg/m3 *h 第二段催化床層的高度 : L= 2 ? = 第二段催化劑床層阻力降 : △ P = LE Edpv Gf ??????? ? = 中變爐催化劑的總阻降： △ P 總 =+ = kgf/m3 = 所以計(jì)算得中變爐催化劑的總阻降符合要求，中變爐催化劑床層直徑 . (4) 中變爐進(jìn)口直徑的計(jì)算： 查《化工原理》得到氣體的組分在 0℃， 時(shí)的密度如下表 組分 O2 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? 4 7 7 9 6 0 ??? ? iim y ?? kg/m3 對(duì)密度進(jìn)行校核得在 330℃， 1750kP 時(shí)密度為： ? 1 17 127 333 027 3 ???? kg/m3 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 330℃， 時(shí)的密度為 kg/m3 對(duì) 水的密度進(jìn)行校核得在 330℃， 1750kP 時(shí)密度為： 18 879 17 0 ??? kg/m3 所以氣體密度為： + ?? kg/m3 Vs=?Ws= =取氣體流速為 50m/s d= ??? = (5) 中變爐出 口直徑的計(jì)算 查《化工原理》得到氣體的組分在 0℃， 時(shí)的密度如下表 組分 N2 H2 CO CO2 CH4 密度（ kg/m3） ? ? 3 4 2 4 0 6 ??? ? iim y ?? kg/m3 對(duì)密度進(jìn)行校核得在 365℃， 1015kP 時(shí)密度為： ? 365273 ???? kg/m3 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 365℃， 時(shí)的密度 為 kg/m3 對(duì)水的密度進(jìn)行校核得在 365℃， 1015kP 時(shí)密度為： ??? kg/m3 所以氣體密度為： + ?? kg/m3 Vs=?Ws= =取氣體流速為 50m/s d= ??? = （ 6） 中間冷 凝水進(jìn)口直徑： 查《化工原理》得到 H2O 的組分在 20℃， 1750kP 時(shí)的密度為 998 kg/m3 此時(shí)壓力對(duì)水的影響不大，不需要校核 Vs=?Ws= ? =取氣體流速為 5m/s d= ??? = 已知條件： 水進(jìn)主換 熱器的溫度： 20℃ 水出主換熱器的溫度： 90℃ 變換氣進(jìn)主換熱器的溫度： 365℃ 變換氣進(jìn)主換熱器的溫度： 250℃ 以水的吸熱來(lái)計(jì)算 從前面主換熱器的計(jì)算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實(shí)際轉(zhuǎn)熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ 取 K=250 kJ/(m2*h*℃ ) 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 設(shè)富裕傳熱面積為： 30% S 實(shí) =*= 選擇固定管板式換熱器： 公稱直徑： 600 mm ,公稱面積： 120 M2,管子總數(shù)： 254，管長(zhǎng)： 6m 管程數(shù)： 2，殼程數(shù)： 1，管子： ￠ 25? ，管子排列方式：三角形 管板直徑的計(jì)算公式： D=(n/? ) n—— 管數(shù) ? —— 管板填充系數(shù)，取 t—— 管子中 心距，取 所以 D= ? = 官板直徑選用 ￠ ，設(shè)備外徑為 ￠ 管內(nèi)給熱系數(shù)的計(jì)算公式如下： a 內(nèi) = Re=G*d/u Pr=u*Cm/? ? u= i i iiiy u MyM???? 粘度的計(jì)算： 查《化工原理》在 ℃時(shí)，各氣體的 u值如下： 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O u(mp*s) 根據(jù)公式得： i i im iiy u Mu yM??? ?? =*s=(m*h) 導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算： 查《化工原理》在 ℃時(shí)，各氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值如下： 組分 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O ? 根據(jù)公式得： ????? ?iiiii My My ?? =(h*℃ ) 熱容的計(jì)算： 變換氣在 ℃時(shí)根據(jù)《物理化學(xué)教程》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2 來(lái)計(jì)算熱容以及表 和 可 得。 熱容的單位為 kJ/（ ） 計(jì)算結(jié)果： 組分 CO H2 CO2 H2O N2 CH4 Cp Cpm=∑ Yi*Cp=（ ） = kJ/（ kmol*℃） ∑ M=∑ YiMi=Cp=(kg*℃ ) 雷諾系數(shù)的計(jì)算： Re=G*d/u =(*3600*)/ =10455 Pr=(u*Cm)/? =(*)/ = 則： a 內(nèi) = /d? =*（ ） *（ 10455） *（ ） =(m*h*℃ )=(m*h*℃ ) 殼側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算公式如下： a 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/u)*(Cm*u/)1/3*(u/uw) 在本設(shè)計(jì)中由于溫度對(duì)氣體粘度變化影響不大，故校正項(xiàng) (u/uw) 可以忽略不計(jì) 。 水的物性數(shù)據(jù) 水的溫度為：（ 20+90） /2=55℃ 導(dǎo)熱系數(shù)： ?= 510?? kcal/(m? h? ℃ ) 熱容： Cm=(kg? ℃ ) 粘度 u=? 105Pa? S 取 de= 所以殼側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為： a 外 =*(/do)*(de)*(do*Gu/u)*(Cm*u/)1/3 =6423kcal/(m2*h*℃ ) 管，殼程污垢熱阻各取 由《 小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè) 》可知總傳熱系數(shù)的 計(jì)算公式為： K= ????? Raa 外內(nèi)111 則： K= kcal/(m2*h*℃ ) = kJ/(m2*h*℃ ) 以水的吸熱來(lái)計(jì)算 從前面主換熱器的計(jì)算中可知水吸熱為： Q4Q2 則實(shí)際轉(zhuǎn)熱量為： Q= (Q4Q2)*=平均溫差： tm=1222ln tttt????? =℃ 傳熱面積： S=Q/(K*tm)= 安全系數(shù)： %4383. 783. 7120 ? 設(shè)計(jì)綜述 本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于選擇較為良好的工藝路線，確定良好的工藝條件、合理的催化劑以及設(shè)備的選型和能源綜合利用。另外，就是盡量減少設(shè)備投資費(fèi)用。分析出了氣體組分對(duì)溫度的影響變化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中能發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)中不合理的地方。 本設(shè)計(jì)也有許多不足的地方：壓力選取過(guò) 高 、在設(shè)備計(jì)算中氣體在高壓下取的流速不太準(zhǔn)確。由于本人水平不高，設(shè)計(jì)許多因數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的影響考慮不足。 由于合成氨的變 換工段是成熟工藝，參考文獻(xiàn)資料較多，在本設(shè)計(jì)中，主要參考了《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《 3000 噸 合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算》這兩本書(shū)。由于本人水平有限，本設(shè)計(jì)肯定會(huì)有不少缺點(diǎn)與不足，熱切期望得到各位老師的批評(píng)指正。 主要設(shè)備一覽表 序號(hào) 名稱 規(guī)格 圖號(hào) 數(shù)量 材料 備注 1 廢熱鍋爐 ? 1000? 22,L=8287mm, F=130m2, 換熱管 ? 38 390 根， ? 25 2 E301 1 Cr16 Ni32 2 中溫變換爐 ? 2500 H:10534 操作溫度≤ 450℃ 操作壓力≤ 催化劑裝量 C301 1 12CrMo 催化劑床段數(shù)：2 3 中變換熱器 ? 800 換熱面積： 245m2 管子排列方式：三角形 E302 1 鋼 4 溫水調(diào)節(jié)器 ? 400 換熱面積： 25m2 管子排列方式：三角形 E303 1 鋼 5 低溫變換爐 ? 2600 H:11420 操作溫度≤ 260℃ 操作壓力≤ 催化劑裝量 25m3 C302 1 16MnR 催化劑床段數(shù)：1 參考文獻(xiàn) 1． 梅安華 ,《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》（上冊(cè)） 化學(xué)工業(yè)出版社 1995 年 3月第一版 ， ISBN 7502514521 引用部分： 730 頁(yè) — 785 頁(yè) 2． 上 海市化學(xué)工業(yè)局設(shè)計(jì)室編，《 3000 噸型合成氨廠工藝和設(shè)備計(jì)算 》 化學(xué)工業(yè)出版社 3． 陳五平 ,《合成氨工藝學(xué)》 化學(xué)工業(yè)出版社 1996 年 5月第二版， ISBN 750251452X/； 引用部分： 131 頁(yè) — 167 頁(yè) 4． 張成芳，《合成氨工藝與節(jié)能》 華東化工學(xué)院出版社， ISBN ； 引用部分： 149 頁(yè) — 178 頁(yè) 5. 陳聲宗，《化工設(shè)計(jì)》 化學(xué)工業(yè)出版社 . ISBN 750253041X 引用部分： 17 頁(yè) — 28 頁(yè)， 181 頁(yè) — 187 頁(yè) 6. 國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院， 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 化學(xué)工業(yè)出版社 1996 年 6月第二版 .ISBN 7502515372 7. 自貢?shū)欪Q化工股份有限公司，《合成氨工藝操作規(guī)程》 引用部分： 35 頁(yè) — 47 頁(yè) 8. 上海化學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)院石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)建設(shè)組，《化工設(shè)備圖冊(cè)》 9． 關(guān)于氮肥的其他相關(guān)雜志； 10． 其它相關(guān)資料，如《化工原理》、《物理化學(xué)》、等。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成，離不開(kāi)指導(dǎo)老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的悉心指導(dǎo)和教研室各位老師以及同學(xué)的幫助，并在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中提出了寶貴意 見(jiàn)，使本次設(shè)計(jì)得以順利完成，在此表示最衷心的感謝！ 301TFRC302TFR303TPFRC304TPFR305306307308TPRTPRTPRTPR309TPFR310TFRC311TFRC312TPFR313TFRC314TPFR315316317TPRTPRTPFRE301廢熱鍋爐C301壓縮機(jī)R301中溫變換爐E302中變換熱器E303溫水調(diào)節(jié)器R302低溫變換爐四川理工學(xué)院材化系設(shè)計(jì)制圖周陽(yáng)周陽(yáng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段中低溫變換初步設(shè)計(jì)圖例工藝物料管輔助物料管截止閥集中安裝儀表 T溫度P壓力F流量I指示R記錄C